讲解南海某油田油管腐蚀的失效分析

该失效油管位于中国南海，该油井在1997年曾发生过多个管柱腐蚀穿孔，经过失效分析与一些腐蚀控制手段，已有十余年未再发生管柱腐蚀穿孔，但随着该油田进入开发后期，进入特高含水采油期，平台生产水管线多次发生腐蚀泄漏，严重威胁油田安全生产。

碳钢油管广泛应用于油气井生产中，而油管管体处发生内壁腐蚀穿孔的事件时有发生。为了更好针对目标研究对象的失效分析，对国内外相关案例进行调研分析，大量的失效案例表明，碳钢油管管体腐蚀失效主要有以下原因：高矿化度腐蚀介质;二氧化碳及硫化氢气体;微观组织结构的不均匀性;基体表面的非金属夹杂(硫化物、磷化物、氧化铝等)等。

1 失效管件宏观分析

失效管件的材质为碳钢，图1是失效管件的宏观形貌，可以看到管件外表面腐蚀较均匀，不存在局部腐蚀情况，而管件内部腐蚀严重，整个内表面几乎全被腐蚀，形成很多蚀坑，局部腐蚀严重但没有明显的垢层，可以判断腐蚀发生在内表面，且不存在垢下腐蚀。

2 失效部位的微观分析

化学成分分析

针对管件上不规律分布的腐蚀孔洞和壁厚不均匀的情况，对失效管件的腐蚀区域和未腐蚀区域分别取样并进行化学成分分析，确定腐蚀原因是否为基体材质成分不均。

金属腐蚀失效是材料和环境共同作用的结果。因此，针对目标失效管件，我们首先从材质角度，分析失效的内因。图2为失效管件腐蚀区域基材的SEM及能谱分析，表1为对应的能谱分析结果。结果表明，失效管件腐蚀区域基材的元素主要由C、Cr、Fe组成，未发现明显的P、S等易导致夹杂物的元素存在。

未腐蚀区域样品EDS结果可以看到，两个区域的基体材质在元素种类上一致，都只含有C、Mn、Fe，含量几乎一样。从而从化学成分这个角度可以排除腐蚀并非由于基体材质分布不均引起的。结果表明该管线化学成分符合API Spec 5CT规定，材质因素不是导致腐蚀失效的原因。

金相组织分析

金相组织观测可以得知构成金属管材的微观组织是否符合规范。因此，我们采用4%硝酸酒精溶液浸蚀，金相结构如图4所示。结果表明，显微组织为铁素体+珠光体。符合API Spec 5CT规定，未见到明显的晶粒粗大现象。

管材硬度测试

对于管材硬度的测量，实验使用仪器SEMI -BRINELL HARDNESS TESTER，硬质合金球直径为2.5mm，试验力为1000N，试验力保持时间为10s。测量结果如表3所示，平均硬度为HB213.45MPa。

API标准中对材质硬度并无明确要求。该管材应力范围符合碳钢典型应力分布范围，硬度值适中，不易导致典型的应力腐蚀。